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2020 年度 実績報告書

水素吸蔵物質での水素位置確定法:粉末中性子ホログラフィーの実現

公募研究

研究領域ハイドロジェノミクス:高次水素機能による革新的材料・デバイス・反応プロセスの創成
研究課題/領域番号 19H05045
研究機関茨城大学

研究代表者

大山 研司  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (60241569)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワードホログラフィー / 中性子 / 局所構造 / 水素 / ドーパント
研究実績の概要

本研究は、「ハイドロジェノミクス」が求める新たな水素の可視化技術であり、かつ金属中の孤立水素を観測できる数少ない方法である「粉末白色中性子ホログラフィー」を実現し、水素吸蔵物質での水素位置決定、あるいは水素周囲の原子構造観測を目指す。水素が格子を組まず孤立して合金中にある場合、通常の散乱実験では観測が困難である。我々は、世界で初めて白色中性子をホログラフィーに用いることで、並進対称性を持たない微少量ドーパントまわりの原子構造を世界最高精度で観測することに成功した。その後、様々な物質での原子構造観測に成功していることから、水素周囲の原子構造を観測することで孤立水素位置を決定できるはずと考えた。その目的の前段階として、2020年度では、大強度陽子加速器施設J-PARC(茨城県東海村)において、Hを吸収させたBドープSiでのB周りの水素像の観測と、粉末試料での一次元ホログラム測定に挑戦した。これらの実験のため、2019年度で導入した高分解能検出器を多検出システム化を行った。
まずBドープSiでは、東北大金研折茂研究室との共同研究で軽水素化、重水素化試料の両方を用意し、水素化していない試料とでB周りの原子像を比較した。その結果、軽水素化、重水素化試料の両方で本来原子のない原子間位置に原子像を観測した。軽水素化、重水素化試料で散乱長が反転しており、これは重水素、軽水素の中性子核散乱長の符号が反転することと一致している。このことからB周りの水素の観測に成功したと考えている。
また、J-PARCのBL-04において粉末試料での測定の環境構築をすすめ、データのエネルギースペクトル化、および1次元ホログラムと1次元動径分布関数のシミュレーション環境を構築した。これにより、理論値と実験データとの比較が可能となり、データの評価が可能になった。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Behavior of Sm in the boron-cage of Sm-doped RB6 (R=Yb,La) observed by multiple-wavelength neutron holography2020

    • 著者名/発表者名
      S. Uechi, K. Ohoyama,Y. Fukumoto, Y. Kanazawa, N. Happo, M. Harada, Y. Inamura, K. Oikawa, W. Matsuhra, F. Iga, A. K. R. Ang, and K. Hayashi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 201 ページ: 054104(1)-(10).

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.102.054104

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Preparation, thermoelectric properties, and crystal structure of boron-doped Mg2Si single crystals2020

    • 著者名/発表者名
      Kei Hayashi, Wataru Saito, Kazuya Sugimoto, Kenji Ohoyama, Kouichi Hayashi, Naohisa Happo, Masahide Harada, Kenichi Oikawa, Yasuhiro Inamura, and Yuzuru Miyazaki
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 10 ページ: 035115(1)-(7).

    • DOI

      10.1063/1.5143839

    • 査読あり
  • [学会発表] CHALLENGE OF DETERMINATION OF HYDROGEN POSITIONS IN HYDRIDES BY WHITE NEUTRON HOLOGRAPHY2020

    • 著者名/発表者名
      K. Ohoyama, Y. Kanazawa, T. Yamamoto, S. Uechi, K. Sugimoto, S. Arase, S. Noda, T. Ishizaki, K. Hayashi, N. Happo, M. Harada, K. Oikawa, Y. Inamura, T. Sato, S. Orimo
    • 学会等名
      1st Int. Symposium "Hydrogenomics" combined with 14th Int. Symposium "Hydrogen & Energy"
    • 国際学会
  • [学会発表] 白色中性子ホログラフィーによるB doped Si中の水素観測 ~H,Dを使った同位体の置換効果による検証~2020

    • 著者名/発表者名
      山本 隆文, 大山 研司, 上地 昇一, 金澤 雄輝, 杉本 和哉, 荒瀬 将太朗, 石崎 嵩人, 野田 新太, 林 好一, 八方 直久, 原田 正英, 及川 健一, 稲村 康弘, 佐藤 豊人, 折茂 慎一
    • 学会等名
      日本中性子科学会2020年年会
  • [学会発表] 原子分解能ホログラフィーによる熱電材料Mg2Snの ドーパント位置の決定2020

    • 著者名/発表者名
      杉本 和哉, 山本 隆文, 八方 直久, 原田 正英, 及川 健一, 稲村 康弘, 林 慶, 斎藤 亘, 宮﨑 讓, 林 好一, 大山 研司
    • 学会等名
      日本中性子科学会2020年年会
  • [学会発表] TmB6における格子不安定性解明のためのTmドープYbB6のTmまわりのBの観測2020

    • 著者名/発表者名
      荒瀬 将太朗, 石﨑 嵩人, 野田 新太, 松浦 航, 伊賀 文俊, 杉本 和哉, 山本 隆文, 林 好一, 八方 直久, 原田 正英, 及川 健一, 稲村 康弘, 大山 研司
    • 学会等名
      日本中性子科学会2020年年会
  • [学会発表] モンテカルロシミュレーションによる白色中性子ホログラフィー装置の高精度化2020

    • 著者名/発表者名
      野田 新太, 荒瀬 将太朗, 石﨑 嵩人, 原田 正英, 林 好一, 大山 研司
    • 学会等名
      日本中性子科学会2020年年会
  • [学会発表] 偏極中性子ホログラフィーのための磁気デバイスの最適化シミュレーション2020

    • 著者名/発表者名
      菅野 友哉, 中田 肇, 後藤 雅司, 高橋 慎吾, 奥平 琢也, 奥 隆之, 林 好一, 大山 研司
    • 学会等名
      日本中性子科学会2020年年会
  • [学会発表] 原子分解能ホログラフィーを用いた太陽電池材料 SnドープSi薄膜のSn位置の決定2020

    • 著者名/発表者名
      星 翔太, 菅野 友哉, 高野 元輝, 荒瀬 将太郎, 石崎 嵩人, 野田 新太, 木村 耕一, 八方 直久, 中原 正博, ダムリン マルワン, 林 好一, 大山 研司, 宇佐美 憲隆
    • 学会等名
      日本中性子科学会2020年年会
  • [学会発表] 白色中性子ホログラフィーによるBドープSi中の水素観測~同位体置換による検証~2020

    • 著者名/発表者名
      山本隆文,大山研司,上地昇一,金澤雄輝,杉本和哉,荒瀬将太朗,石崎嵩人,野田新太,林好一A,八方直久B,原田正英C,及川健一C,稲村康弘C,佐藤豊人D,折茂慎一
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] 白色中性子ホログラフィーを用いた熱電材料Mg2X(X=Si、Sn)の局所構造解析2020

    • 著者名/発表者名
      杉本和哉,山本隆文A, 林好一, 八方直久, 原田正英, 及川健一,稲村康弘,林 慶, 斎藤 亘, 宮﨑讓, 大山研司
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] 希土類六ホウ化物TmドープYbB6のTmまわりの局所構造観測2020

    • 著者名/発表者名
      荒瀬将太朗, 石﨑嵩人, 野田新太, 松浦航, 伊賀文俊, 杉本和哉, 山本隆文, 林好一, 八方直久, 原田正英, 及川健一, 稲村康弘, 大山研司
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] 希土類ホウ化物研究のための白色中性子ホログラフィー装置の高精度化2020

    • 著者名/発表者名
      野田新太, 荒瀬将太朗, 石﨑嵩人, 原田正英, 林好一, 大山研司
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [備考] 研究室HP

    • URL

      http://neutron.appl-beam.ibaraki.ac.jp/

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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